Մետաղներ

Նախագծի անվանումը`»Մետաղներ»
Բովանդակությունը.Մետաղների
1).ընդհանուր բնութագիրը

Մետաղները պարզ նյութեր են, ունեն բնորոշ փայլ, անթափանց են, կռելի և ջերմության ու էլեկտրականության լավ հաղորդիչներ, անդրադարձնում են էլեկտրամագնիսական ճառագայթները:  Այս առանձնահատկությունները պայմանավորված են մետաղների ատոմների կառուցվածքով և մետաղների բյուրեղներում ատոմների միջև մետաղական կապի գոյությամբ:

2).բնության մեջ տարածվածությունը

Մետաղների մեծ մասը հանդիպում է բնության մեջ միացությունների և հանքաքարերի ձևով։ Նրանք կազմում են օքսիդներ, սուլֆիդներ, կարբոնատներ և այլ քիմիական միացություններ։

3).ֆիզիկական հատկությունները

ֆիզիկական հատկությունները՝ գույնը, կարծրությունը, հալման ջերմաստիճանը,  խտությունը, էլեկտրահաղորդականությունը և ջերմահաղորդականությունը, մետաղական փայլն ու անթափանցիկությունը, պլաստիկությունը:

4).քիմիական հատկությունները

Մետաղների ակտիվության շարքում մինչև ջրածինը տեղադրված մետաղները թթուների լուծույթից ջրածին են դուրս մղում, իսկ աջ տեղադրվածները ջրածին դուրս չեն մղում:

Յուրաքանչյուր մետաղ աղերի լուծույթներից դուրս է մղում այլ մետաղներ, որոնք լարվածության շարքում իրենից հետո են տեղադրված, իսկ ինքը դուրս է մղվում իրենից առաջ տեղադրվածներից:

• Թթվածնի հետ փոխազդում են բոլոր մետաղները, բացի ոսկուց և պլատինից: Արծաթի հետ փոխազդեցությունը նկատվում է միայն բարձր ջերմաստիճանների դեպքում, սակայն արծաթի (II) օքսիդը գրեթե չի առաջանում, քանի որ այն ջերմապես անկայուն է։ Կախված մետաղի տեսակից՝ ելանյութը կարող է լինել օքսիդ, պերօքսիդ:

{\displaystyle \mathrm {4Li+O_{2}=2Li_{2}O} } լիթիումի օքսիդ
{\displaystyle \mathrm {2Na+O_{2}=Na_{2}O_{2}} } նատրիումի պերօքսիդ
{\displaystyle \mathrm {K+O_{2}=KO_{2}} } կալիումի գերրօքսիդ
Պերօքսիդից օքսիդ ստանալու համար պերօքսիդը վերականգնվում է մետաղի միջոցով.
{\displaystyle \mathrm {Na_{2}O_{2}+2Na=2Na_{2}O} }
Միջին և ցածր ակտիվության մետաղների հետ ռեակցիան անցնում է տաքացման միջոցով.
{\displaystyle \mathrm {3Fe+2O_{2}=Fe_{3}O_{4}} }
{\displaystyle \mathrm {2Hg+O_{2}=2HgO} }
{\displaystyle \mathrm {2Cu+O_{2}=2CuO} }

• Ազոտի հետ փոխազդում են միայն ամենաակտիվ մետաղները, սենյակային ջերմաստիճանում փոխազդում է միայն լիթիումը՝ կազմելով նիտրիդներ:

{\displaystyle \mathrm {6Li+N_{2}=2Li_{3}N} }
Տաքացման ժամանակ՝
{\displaystyle \mathrm {2Al+N_{2}=2AlN} }
{\displaystyle \mathrm {3Ca+N_{2}=Ca_{3}N_{2}} }

• Ծծմբի հետ փոխազդում են բոլոր մետաղները՝ բացի ոսկուց ու պլատինից.

Երկաթը փոխազդում է ծծմբի հետ տաքացման դեպքում, կազմելով սուլֆիդ:
{\displaystyle \mathrm {Fe+S=FeS} }

• Ջրածնի հետ փոխազդում են միայն ամենաակտիվ մետաղները, այսինքն IA և IIA խմերի տարրերը, բացառությամբ բերիլիումի: Ռեակցիաները իրականացվում են տաքացման դեպքում՝ կազմելով հիդրիդներ: Ռեակցիաներում մետաղը հանդիսանում է վերականգնող, ջրածնի օքսիդացման աստիճանը -1 է։

{\displaystyle \mathrm {2Na+H_{2}=2NaH} }
{\displaystyle \mathrm {Mg+H_{2}=MgH_{2}} }

• Ածխածնի հետ փոխազդում են միայն ամենաակտիվ մետաղները, ընդ որում՝ ռեակցիայի ընթացքում ստացվում են ացետիլենիդներ կամ մեթանիդներ: Ացետիլենիդները ջրի հետ փոխազդելիս տալիս են աթետիլեն, մեթանիդները՝ մեթան:

{\displaystyle \mathrm {2Na+2C=Na_{2}C_{2}} }
{\displaystyle \mathrm {Na_{2}C_{2}+2H_{2}O=2NaOH+C_{2}H_{2}} }

5).ստացման եղանակները

Մաքուր մետաղների ստացման և հետագա օգտագործման համար անհրաժեշտ է դրանք զատել հանքաքարից և զտել։ Անհրաժեշտության դեպքում կատարվում է մետաղների լեգիրացում և/կամ այլ մշակում։ Դրա ուսումնասիրությամբ զբաղվում է մետալուրգիա կոչվող գիտությունը: Այն տարբերում է սև (երկաթի հիմքով) և գունավոր (դրանց բաղադրության մեջ չի մտնում երկաթը, շուրջ 70 տարր) մետաղների համաձուլվածքները։ Ոսկին, արծաթը և պլատինը դասվում են թանկարժեք (ազնիվ) մետաղների շարքին։ Բացի այդ, փոքր քանակությամբ մետաղներ առկա են նաև ծովի ջրում, բույսերում, կենդանի օրգանիզմներում, որոնք կարևոր նշանակություն ունեն օրգանական աշխարհի ձևավորման և գոյատևման գործընթացներում։

6).կիրառման բնագավառները։

Մետաղներից պատրաստում են կենցաղային զանազան իրեր, իսկ թանկարժեք մետաղներից՝ նաև զարդեր: Մետաղները նաև կիրառվում են շինարարության մեջ։

«Ընտանեկան դպրոցի հարցեր»
*֊Ո՞ր 7 մետաղներն են հայտնի եղել մարդկությանը դեռ հին դարերից…

Երկաթ, ոսկի, արծաթ, ալյումին, պղինձ, ցինկ և կապար
*֊ Ո՞ր առանձնահատկություն֊ ներն են բնորոշ բոլոր մետաղներին…

• Մետաղական փայլ
• լավ էլեկտրահաղորդականություն
• Հեշտ մեխանիկական մշակման հնարավորություն
• Բարձր խտություն
• Հալման բարձր ջերմաստիճան (բացառություններ են՝ սնդիկն ու ալկալիական մետաղները)
• Բարձր ջերմահաղորդականություն
• Ռեակցիաներում հիմնականում հանդիսանում են վերականգնողներ

*֊Ո՞ր մետաղն է ամենաշատը տարածված Երկրագնդում…

Երկրակեղևում ամենատարածված Մ․ են՝ Al (8,84%), Fe (4,65%), Mg (2,1%), Ti (0,63%)։

*֊Ո՞ր մետաղներն են կոչվում «ազնիվ».ինչու՞…

Ազնիվ մետաղները քիմիապես կայուն, դժվարահալ, կռելի, գեղեցիկ արտաքին տեսքով մետաղներ են: Ազնիվ մետաղներ են ոսկին, արծաթը, պլատինը և պլատինային մետաղները՝ իրիդիումը, օսմիումը, պալադիումը, ռոդիումը, ռութենիումը:

*֊ Ո՞ր մետաղն է ամենաշատը կիրառվում…

Ամենաշատը կիրառվում է ալյումինը։

Անհատական֊հետազոտական աշխատանքների թեմաները.
☆֊ Ի՞նչ դեր են կատարել մետաղները մարդկության զարգացման գործընթացում…

Մարդկության պատմության ընթացքում և ժամանակակից աշխարհում մետաղները շատ կարևոր դեր են խաղում: Մարդկային զարգացման տարբեր ժամանակաշրջանների պատմական բաժանումը նշանակվում է մետաղների և դրանց համաձուլվածքների անուններով ՝ պղինձ, բրոնզե երկաթ դարեր: Անցյալում և այսօր հնարավոր չէ պատկերացնել քաղաքակրթության գոյությունը՝ առանց տարբեր մետաղների օգտագործման: Եվ հնում և ժամանակակից հասարակության մեջ մետաղները, և մասնավորապես երկաթը, կազմել և հանդիսանում են մեր հասարակության հիմքը:
☆֊Ալկալիական մետաղներ`Na.K

Ալկալիական մետաղներ են IA խմբի մետաղները` լիթիում` Li, նատրիում` Na, կալիում` K, ռուբիդիում` Rb, ցեզիում` Cs: Ցանկացած ալկալիական մետաղի արտաքին էլեկտրոնային շերտ պարունակում է մեկ էլեկտրոն, որը համեմատաբար թույլ է կապված ատոմի միջուկի հետ: Ալկալիական մետաղները բնության մեջ հանդիպում են միայն միացությունների ձևով:

☆֊Հողալկալիական մետաղներ

Հողալկալիական մետաղաներ, պարբերական համակարգի II խմբի գլխավոր ենթախմբի քիմիական տարրեր՝ կալցիում (), ստրոնցիում (), բարիում () և ռադիում () (երբեմն Հողալկալիական մետաղաներին են վերագրում նաե  և )։ Անվանումը կապված է այն բանի հետ, որ Հողալկալիական մետաղաների օքսիդները (ալքիմիկոսների տերմինաբանությամբ՝ «հողերը») ջրին հաղորդում են ալկալիական ռեակցիա։ Հողալկալիական մետաղաների ատոմների արտաքին էլեկտրոնային թաղանթը պարունակում է  էլեկտրոն, որին նախորդում է  և  էլեկտրոնների թաղանթը։ Միացություններում ունեն  օքսիդացման աստիճան։ Քիմիապես ակտիվ են, ակտիվությունը -ից  աճում է։
☆֊Ալյումին`Al

Ալյումինը IIIA խմբի տարր է, ուստի ատոմի արտաքին էներգիական մակարդակում առկա է երեք էլեկտրոն, որոնցից երկուսը զույգված են: Միացություններ առաջացնելիս՝ այդ ատոմը հիմնական վիճակից հեշտությամբ անցնում է գրգռված վիճակի, որին համապատասխանում են չզույգված երեք էլեկտրոն: Միացություններում ալյումինի օքսիդացման աստիճանը գրեթե միշտ +3-ն է:

Բնության մեջ ալյումինը ամենատարածված մետաղական տարրն է: Ազատ վիճակում չի հանդիպում: Ալյումինը թեթև մետաղ է (ρ=2,7գ/սմ³), արծաթափայլ, հալման ջերմաստիճանը՝ 660℃, եռում է 2450℃ ջերմաստիճանում, օժտված է մեծ էլեկտրա- և ջերմահաղորդականությամբ: Պլաստիկ է. մետաղական ալյումինից հեշտությամբ լար է ձգվում և փայլաթիթեղ գլանվում: Հալված ալյումինը լուծում է այլ մետաղներ և ոչ մետաղներ` թեթև ու կայուն համաձուլվածքներ առաջացնելով:

 

☆֊Երկաթ` Fe

Երկաթի կայուն իզոտոպներն են՝

Ատոմի էլեկտրոնային կառուցվածքը հիմնական վիճակում՝

 

Միացություններում ցուցաբերում է հիմնականում +2 և +3 օքսիդացման աստիճաններ՝

Երկաթը բնության մեջ

Երկաթի հինական բնական միացություններն են՝

Ստացումը

Արդյունաբերության մեջ ստացվում է դոմենյան վառարանում բարձր ջերմաստիճանի պայմաններում երկաթահանքերից`

3Fe2Օ 3 + CO = 2Fe3O 4+ CO2Fe3O 4+ CO = 3FeO + CՕ2FeO + CO = Fe + CO2

Մաքուր երկաթ ստացվում է բարձր ջերմաստիճանային պայմաններում՝ երկաթի օքսիդները ջրածնով վերականգնելով.

Fe2Օ3 + 3H2  ⇄   2Fe + 3H2O

Երկաթի օքսիդները վերականգնում են նաև ալյումինով (ալյումինաթերմիա).

3Fe3Օ 4+ 8AI−→−t°  9Fe + 4AI2Օ3

Ֆիզիկական հատկությունները

Սպիտակ արծաթափայլ ծանր մետաղ է, օժտված ուժեղ մագնիսական հատկություններով, կռելիությամբ և պլաստիկությամբ: Հալվում է 1539℃ և եռում է 2870℃ ջերմաստիճաններում:

Քիմիական հատկությունները

Միջին ակտիվության մետաղ է, օքսիդանում է մինչև +3՝ ուժեղ օքսիդիչների հետ փոխազդելիս.

Օրինակ

2Fe+3Cl2−→−t°2FeCl3

+2՝ համեմատաբար թույլ օքսիդիչներով օքսիդացնելիս.

Օրինակ

Fe + S−→−−−−−t°>700°C FeSFe + S−→−−−−−t°<700°C FeS2

Խոնավ օդում երկաթը սովորական պայմաններում փոխազդում է թթվածնի հետ (ժանգոտվում է).

4Fe + 3Օ2 + 6H2Օ = 4Fe(OH)3

Ջրի հետ, բարձր ջերմաստիճանում.

3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2O

Խիտ ազոտական և ծծմբական թթուները սովորական ջերմաստիճանում չեն օքսիդացնում երկաթը, ռեակցիան ընթանում է միայն բարձր ջերմաստիճանում:

2Fe+6H2SO4=Fe2(SO4)+3SO2↑+6H2O2

Fe+6HNO3=Fe(NO3)+3NO2↑+3H2O3

Երկաթի միացություններից FeO−ն  և  Fe(OH)2−ը հիմնային բնույթի են, փոխազդում են թթուների հետ, իսկ Fe2O3−ը և Fe(OH)3−ը  օժտված են թույլ արտահայտված ամֆոտեր հատկություններով, ուստի փոխազդում են նաև ալկալիների հետ:

Երկաթի (II) հիդրօքսիդը օդում արագ օքսիդանում է` փոխարկվելով երկաթի (III) հիդրօքսիդի.

4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3